光电探测器广泛应用于生物医疗、军事、工业、民用等领域,随着弱光探测领域的开拓对光电探测器性能也提出了新的要求,雪崩光电二极管(Avalanche photodiode,APD)以高响应度、快速响应成为近年来的研究热点之一。基于化合物制作的雪崩光电二极管难以大规模阵列集成,而基于硅基工艺制作的雪崩光电二极管有利于进行芯片级的光电器件研究。本文从器件的物理机制出发,讨论了APD原理,设计了一种具有高响应度、雪崩电压可调的APD器件。发现可以通过雪崩光电二极管的雪崩与淬灭进行忆阻特性的研究,同时对雪崩光电二极管忆阻器在电子突触上的应用进行了探索。本文研究的基于雪崩光电二极管的忆阻器解决了传统忆阻器不适用大规模集成的问题。本文的研究工作如下:1.本文基于大量文献阅读的基础,综述了硅基雪崩光电二极管的探测器件结构。分析了雪崩光电二极管的工作原理,设计了一种基于0.18um BCD工艺制作的硅基雪崩光电二极管器件,并阐明了设计的雪崩光电二极管器件工作原理。2.用数值模型的方法对雪崩光电二极管进行了研究,探索了基于APD光电探测器原理建立的物理关系等效数值模型。改善了一种基于APD光电探测器原理及传统等效电路的雪崩等效电路模型,为雪崩光电二极管的忆阻器研究奠定了基础。利用Silvaco TCAD软件构建雪崩光电二极管的器件结构并进行了仿真。仿真结果表明设计的雪崩光电二极管器件在0.5V的过偏压时具有24%的量子效率,雪崩电压在栅压为0时为9.7V,雪崩电压在栅极电压-3V时降为8.5V。3.阐述了雪崩光电二极管忆阻器的原理,探索了基于雪崩光电二极管物理关系的数值模型和雪崩等效电路模型,仿真结果表明两种模型都可拟合形成忆阻器的磁滞回线。基于光电忆阻测试系统测试了雪崩光电二极管忆阻器,经过验证拟合了磁滞回线,在取样电阻为100Ω时,雪崩光电二极管忆阻器的取样电阻能够实现从(0V—0.5V—0V)的变化。利用雪崩光电二极管忆阻器模型进行了电子突触的仿真,仿真结果表明雪崩光电二极管忆阻器可用于电子突触的实现。